Transmisión de datos digitales: interfaces y módems

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1 capitulo06 5/2/03 09:21 Página 133 CAPÍTULO 6 Transmisión de datos digitales: interfaces y módems Una vez codificada la información en un formato que se puede transmitir, el paso siguiente es investigar el proceso de transmisión en sí mismo. El equipo de procesamiento de la información genera señales codificadas, pero habitualmente necesita asistencia para transmitir estas señales a través de un enlace de comunicación. Por ejemplo, una PC genera una señal digital pero necesita un dispositivo adicional para modular una frecuencia portadora antes de poder enviar los datos por una línea telefónica. Cómo se entregan los datos codificados del dispositivo generador al siguiente dispositivo de procesamiento? La respuesta es un conjunto de cables, un tipo de enlace de minicomunicación, denominado interfaz. Debido a que la interfaz enlaza dos dispositivos no necesariamente hechos por el mismo fabricante, es necesario definir bien sus características y establecer estándares. Las características de una interfaz incluyen sus especificaciones mecánicas (cuántos cables se usan para transportar la señal), sus especificaciones eléctricas (la amplitud, la frecuencia y la fase de la señal esperada) y sus especificaciones funcionales (si se usan múltiples cables, qué hace cada uno de ellos?). Todas estas características se describen en varios estándares populares y están incluidas en el nivel físico del modelo OSI TRANSMISIÓN DE DATOS DIGITALES El cableado es de importancia primordial cuando se considera la transmisión de datos digitales de un dispositivo a otro, y de importancia primordial cuando se piensa en los cables es el flujo de datos. Se envía un bit cada vez o se unen los bits en grupos mayores, y si es así cómo? La transmisión de datos binarios por un enlace se puede llevar a cabo en modo paralelo o en modo serie. En el modo paralelo, se envían varios bits con cada pulso de reloj. En el modo serie, solamente se envía un bit con cada pulso de reloj. Mientras que hay una única forma de transmitir los datos en paralelo, hay dos subclases de transmisión serie: síncrona y asíncrona (véase la Figura 6.1). Transmisión paralela Los datos binarios, formados por unos y ceros, se pueden organizar en grupos de n bits cada uno. Las computadoras producen y consumen datos en grupos de bits de forma similar a como se conciben y usan las palabras, y no las letras, en el lenguaje hablado. Agrupando los datos, se pueden enviar n bits al mismo tiempo en lugar de uno solo. Esto se denomina transmisión paralela. 133

2 capitulo06 5/2/03 09:21 Página TRANSMISIÓN DE DATOS Y REDES DE COMUNICACIONES Transmisión de datos Paralela Serie Síncrona Asíncrona Figura 6.1. Transmisión de datos. Los ocho bits se entregan juntos Emisor Se necesitan ocho líneas Receptor Figura 6.2. Transmisión paralela. Emisor Los ocho bits se envían uno detrás de otro Sólo se necesita una línea (hilo) Receptor Conversor paralelo/serie Conversor serie/parelela Figura 6.3. Transmisión serie. El mecanismo de la transmisión paralela es conceptualmente sencillo: usar n hilos para enviar n bits cada vez. De esa forma cada bit tiene su propio hilo y todos los n bits de un grupo se pueden transmitir con cada pulso de reloj de un dispositivo a otro. La Figura 6.2 muestra cómo funciona la transmisión paralela para n = 8. Habitualmente, los ocho hilos están agrupados en un cable con un conector a cada extremo.

3 capitulo06 5/2/03 09:21 Página 135 CAPÍTULO 6. TRANSMISIÓN DE DATOS DIGITALES: INTERFACES Y MÓDEMS 135 La ventaja de la transmisión paralela es la velocidad. Aunque todo sea igual, la transmisión paralela puede incrementar la velocidad de transferencia en un factor de n sobre la transmisión serie. Sin embargo, hay una desventaja significativa: el coste. La transmisión paralela requiere n líneas de comunicación (los hilos del ejemplo) para transmitir el flujo de datos. Debido a que esto es caro, el uso de la transmisión paralela se limita habitualmente a distancias cortas. Transmisión serie En la transmisión serie un bit sigue a otro, por lo que solamente se necesita un canal de comunicación, en lugar de n, para transmitir datos entre dos dispositivos (véase la Figura 6.3). La ventaja de la transmisión serie sobre la transmisión paralela es que, al tener un único canal de comunicación, la transmisión serie reduce el coste de transmisión sobre la paralela en un factor de n. Puesto que la comunicación dentro de los dispositivos es paralela, es necesario usar dispositivos de conversión en la interfaz entre el emisor y la línea (paralelo a serie) y entre la línea y el receptor (serie a paralelo). La transmisión serie puede llevarse a cabo de dos maneras: asíncrona y síncrona. Transmisión asíncrona La transmisión asíncrona se denomina así debido a que la temporización de la señal no es importante. En lugar de ella, la información se recibe y se traduce usando patrones acordados. Siempre que se sigan estos patrones, el dispositivo de recepción puede recuperar la información sin tener en cuenta el ritmo al que llega. Los patrones se basan en agrupar el flujo de bits en bytes. Cada grupo, habitualmente de ocho bits, se envía a lo largo de un enlace como una unidad. El sistema que lo envía gestiona cada grupo independientemente, entregándolo al enlace en cuanto está listo, sin tener en cuenta ninguna temporización. Sin la existencia de un pulso de sincronización, el receptor no puede usar el tiempo para predecir cuándo va a llegar el grupo siguiente. Por ello, para avisar al receptor de la llegada de un nuevo grupo se añade un bit extra al principio de cada byte. Este bit, habitualmente un cero, se denomina bit de inicio. Para permitir al receptor conocer que el byte ha terminado, se añaden uno o varios bits adicionales al final de cada byte. Estos bits, habitualmente unos, se denominan bits de parada. Usando este método, el tamaño de cada byte se incrementa hasta al menos diez bits, de los cuales ocho son información y dos, o más, son señales para el receptor. Además, la transmisión de cada byte puede venir seguida por un intervalo de duración variable. Este intervalo se puede representar mediante un canal vacío o mediante una cadena de bits de parada adicionales. En la transmisión asíncrona, se envía un bit de inicio (cero) al principio y uno o más bits de parada (unos) al final de cada byte. Puede haber un intervalo entre cada byte. Los bits de inicio, de parada y el intervalo alertan al receptor del comienzo y el fin de cada byte y le permiten sincronizarse con el flujo de datos. Este mecanismo se denomina asíncrono porque el emisor y el receptor no tienen que estar sincronizados a nivel de byte. Pero dentro de cada byte, el receptor sí debe estar sincronizado con el flujo de bits que le llega. Es decir, hace falta tener alguna sincronización, pero solamente durante el tiempo en que se reci-

4 capitulo06 5/2/03 09:21 Página TRANSMISIÓN DE DATOS Y REDES DE COMUNICACIONES Bit de parada Dirección de flujo Datos Bit de inicio Emisor Receptor Intervalos entre unidades de datos Figura 6.4. Transmisión asíncrona. be un byte. El dispositivo de recepción se resincroniza al principio de cada nuevo byte. Cuando el receptor detecta un bit de inicio, activa un temporizador y comienza a contar los bits a medida que llegan. Después de n bits, el receptor busca un bit de parada. Tan pronto como lo detecta, ignora cualquier pulso recibido hasta que vuelve a detectar un nuevo bit de inicio. En este ámbito, asíncrono significa «asíncrono a nivel de byte», pero los bits siguen estando sincronizados; su duración es la misma. La Figura 6.4 es una representación esquemática de una transmisión asíncrona. En este ejemplo, los bits de inicio son ceros, los bits de parada son unos y el intervalo se representa mediante un canal vacío, en lugar de usar bits de parada adicionales. La adición de bits de inicio y de parada y de los intervalos de inserción dentro del flujo de bits hace que la transmisión asíncrona sea más lenta que las formas de transmisión que pueden operar sin añadir toda esta información de control. Pero es barata y efectiva, dos ventajas que la convierten en una elección atractiva para situaciones como las comunicaciones de baja velocidad. Por ejemplo, la conexión de un terminal a una computadora es una aplicación natural para la transmisión asíncrona. Un usuario teclea solamente un carácter cada vez, lo que es extremadamente lento en términos de procesamiento de datos, y deja unos intervalos de tiempo impredecibles entre cada carácter. Transmisión síncrona En la transmisión síncrona, el flujo de datos se combina en tramas más largas que pueden contener múltiples bytes. Sin embargo, cada byte se introduce en el enlace de transmisión sin que haya un intervalo con el siguiente. Se deja al receptor la tarea de separar el flujo de bits en bytes para su decodificación. En otras palabras, los datos se transmiten como una cadena continua de unos y ceros y el receptor separa esta cadena en bytes o caracteres, si necesita reconstruir la información. En la transmisión síncrona, se envía un bit detrás de otro, sin bits de inicio/parada o intervalos. Es responsabilidad del receptor agrupar los bits.

5 capitulo06 5/2/03 09:21 Página 137 CAPÍTULO 6. TRANSMISIÓN DE DATOS DIGITALES: INTERFACES Y MÓDEMS 137 Dirección de flujo Emisor Receptor Figura 6.5. Transmisión síncrona. La Figura 6.5 muestra un esquema de la transmisión síncrona en el que se han incluido divisiones entre los bytes. En la realidad, estas divisiones no existen; el emisor pone los datos en la línea como una tira larga. Si el emisor desea enviar datos en ráfagas separadas, los intervalos entre las ráfagas deben rellenarse como una secuencia especial de ceros y unos que indican vacío. El receptor cuenta los bits a medida que llegan y los agrupa en unidades de ocho bits. Sin intervalos y bits de inicio/parada, no hay ningún mecanismo interno en la comunicación para ayudar al receptor a ajustar su bit de sincronización en medio de una transmisión. Por ello, la temporización se vuelve muy importante, ya que la exactitud de la información recibida depende completamente de la habilidad del dispositivo receptor de llevar exactamente la cuenta de los bits a medida que llegan. La ventaja de la transmisión síncrona es la velocidad. Puesto que no hay bits extra o intervalos que introducir en el emisor, ni que eliminar en el receptor, se consigue, por extensión, transmitir menos bits a lo largo del enlace, lo que hace que la transmisión síncrona sea más rápida que la transmisión asíncrona. Por este motivo, la transmisión síncrona es más útil para aplicaciones de alta velocidad como la transmisión de datos de una computadora a otra. La sincronización a nivel de byte se lleva a cabo en el nivel de enlace de datos INTERFAZ DTE-DCE Llegados a este punto es necesario clarificar dos términos importantes para las redes de computadoras: equipo terminal de datos (DTE, Data Terminal Equipment) y equipo terminal del circuito de datos (DCE, Data Circuit-Terminating Equipment). Habitualmente, hay cuatro unidades funcionales básicas involucradas en la comunicación de los datos: un DTE y un DCE en un extremo y un DTE y un DCE en el otro, como se muestra en la Figura 6.6. El DTE genera los datos y los pasa, junto con los caracteres de control necesarios, a un DCE. El DCE convierte la señal a un formato apropiado para el medio de transmisión y la introduce en el enlace de la red. Cuando la señal llega al receptor, se efectúa el proceso inverso. Equipo terminal de datos (DTE) El equipo terminal de datos (DTE) incluye cualquier unidad que funcione como origen o destino para datos digitales binarios. A nivel físico, puede ser un terminal, una microcomputadora, una computadora, una impresora, un fax o cualquier otro dispositivo que genere o consuma datos digitales. Los DTE no se suelen comunicar directamente a menudo; generan y consumen informa-

6 capitulo06 5/2/03 09:21 Página TRANSMISIÓN DE DATOS Y REDES DE COMUNICACIONES Red DTE DCE DCE DTE Figura 6.6. DTE y DCE. ción pero necesitan un intermediario para ser capaz de comunicarse. Piense que un DTE funciona de la misma forma en que lo hace nuestro cerebro cuando hablamos. Suponga que alguien tiene una idea que quiere comunicar a un amigo. Su cerebro crea la idea pero no puede transmitir la idea directamente al cerebro de su amigo. Por desgracia, o por suerte, no somos telépatas. En su lugar, el cerebro pasa la idea a las cuerdas vocales y la boca, que la convierten en ondas de sonido que pueden viajar a través del aire o por una línea telefónica hasta el oído de su amigo y de aquí a su cerebro, donde se vuelve a convertir en información. En este modelo, su cerebro y el cerebro de su amigo son DTE. Sus cuerdas vocales y su boca son su DCE. El oído de su amigo también es un DCE. El aire o la línea telefónica es el medio de transmisión. Un DTE es cualquier dispositivo que es origen o destino para datos digitales binarios. Equipo terminal del circuito de datos (DCE) El equipo terminal del circuito de datos (DCE) incluye cualquier unidad funcional que transmita o reciba datos a través de una red en forma de señal digital o analógica. A nivel físico, un DCE toma los datos generados por el DTE, los convierte en una señal apropiada y después introduce la señal en un enlace de telecomunicaciones. Entre los DCE que se usan habitualmente en este nivel se incluyen los módems (moduladores/demoduladores, que se tratan en la Sección 6.4). En cualquier red, un DTE genera datos digitales y se los pasa a un DCE; el DCE convierte los datos a un formato aceptable para el medio de transmisión y envía la señal convertida a otro DCE de la red. El segundo DCE extrae la señal de la línea, la convierte en un formato utilizable por su DTE y la entrega. Para hacer que la comunicación sea posible, tanto el DCE emisor como el receptor deben usar el mismo método de modulación (por ejemplo, FSK), de la misma forma que si usted se quiere comunicar con alguien que comprende solamente el japonés, será necesario que hable en japonés. Los DTE no necesitan estar coordinados entre sí, pero cada uno debe estar coordinado con su propio DCE, y los DCE deben estar coordinados de forma que la traducción de datos se pueda hacer sin pérdida de integridad. Un DCE es cualquier dispositivo que transmite o recibe datos en forma de señal analógica o digital a través de una red.

7 capitulo06 5/2/03 09:21 Página 139 CAPÍTULO 6. TRANSMISIÓN DE DATOS DIGITALES: INTERFACES Y MÓDEMS 139 Los DTE-DCE estándares intentan definir las características mecánicas, eléctricas y funcionales de la conexión entre el DTE y el DCE Red DTE DCE DCE DTE Figura 6.7. Interfaz DTE-DCE. Estándares A lo largo de los años, se han desarrollado muchos estándares para definir la conexión entre un DTE y un DCE (véase la Figura 6.7). Aunque sus soluciones son distintas, cada estándar proporciona un modelo para las características mecánicas, eléctricas y funcionales de la conexión. De todas las organizaciones involucradas en la estandarización de la interfaz DTE- DCE, las más activas son la Asociación de Industrias Electrónicas (EIA, Electronic Industries Association) y la Unión Internacional de Telecomunicaciones-Comité de Estándares de Telecomunicación (ITU-T, International Telecommunication Union-Telecommunications Standards Committee). Los estándares de la EIA se denominan, bastante apropiadamente, EIA-232, EIA-442, EIA-449 y así. Los estándares de la ITU-T se denominan serie V y serie X. La EIA y la ITU-T están involucradas en el desarrollo de los estándares de la interfaz DTE-DCE. Los estándares de la EIA se denominan EIA-232, EIA-442, EIA-449 y así. Los estándares de la ITU- T se denominan serie V y serie X. Interfaz EIA-232 Una interfaz importante desarrollada por la EIA es la EIA-232, que define las características mecánicas, eléctricas y funcionales de la interfaz entre un DTE y un DCE. Publicado originalmente en el año 1962 como el estándar RS-232 (Estándar Recomendado), el EIA-232 ha sido revisado varias veces. La versión más reciente, el EIA-232-D, no solamente define el tipo de conectores a usar, sino también los cables y conectores específicos y la funcionalidad de cada patilla. El EIA-232 (anteriormente llamado RS-232) define las características mecánicas, eléctricas y funcionales de la interfaz entre un DTE y un DCE.

8 capitulo06 5/2/03 09:21 Página TRANSMISIÓN DE DATOS Y REDES DE COMUNICACIONES Especificación mecánica La especificación mecánica del estándar EIA-232 define la interfaz como un cable de 25 hilos con un conector de patillas DB-25 macho y uno hembra, respectivamente, en los extremos. La longitud del cable no puede exceder de 15 metros (cerca de 50 pies). Un conector DB-25 es un enchufe con 25 patillas o receptáculos, cada uno de los cuales está conectado a un único hilo y tiene una función específica. Con este diseño, la EIA ha creado la posibilidad de tener 25 interacciones separadas entre un DTE y un DCE. En la práctica se usan habitualmente menos, pero el estándar permite la inclusión de más funcionalidad en el futuro. El EIA-232 recomienda un cable de 25 hilos terminado en un extremo con un conector macho y en el otro extremo por un conector hembra. El término conector macho se refiere al enchufe en el cual cada cable se conecta a un patilla. El término conector hembra se refiere a un receptáculo en el cual cada hilo del cable se conecta a un tubo de metal, o receptáculo. En el conector DB-25, estas patillas y tubos están colocados en dos filas, con 13 en la superior y 12 en la inferior. Como se verá en la sección siguiente, hay otra implementación del EIA-232 que usa un cable de 9 hilos con un conector hembra y un conector macho de 9 patillas DB-9 añadido en cada extremo. Especificación eléctrica La especificación eléctrica del estándar define los niveles de voltaje y el tipo de señal a transmitir en cualquier dirección entre el DTE y el DCE. Envío de datos. La especificación eléctrica para enviar datos se muestra en la Figura 6.8. El EIA-232 indica que todos los datos se deben transmitir como unos y ceros lógicos (denominados marca y espacio) usando codificación NRZ-L, con el cero definido como un voltaje positivo y el uno definido como un voltaje negativo. Sin embargo, más que definir un único rango acotado por la amplitud más alta y más baja, el EIA-232 define dos rangos distintos, uno para voltajes positivos y otro para negativos. Un receptor reconoce y acepta como una señal intencionada cualquier voltaje que caiga entre estos rangos, pero ninguno que caiga fuera de ellos. Para que sea reconocida como datos, la amplitud de una señal debe estar entre 3 y 15 voltios o entre 3 y 15 voltios. Permitiendo que las señales válidas estén dentro de dos rangos de 12 voltios, el EIA-232 hace improbable que la degradación de la señal por el ruido afecte a su reconocibilidad. En otras palabras, mientras que los pulsos caigan en uno de los rangos aceptables, la precisión del pulso no es importante. La Figura 6.8 muestra una onda cuadrada degradada por el ruido a una forma curva. La amplitud del cuarto bit es más baja que la supuesta (comparada con la del segundo bit) y en lugar de permanecer en un único nivel de voltaje, cubre un rango de muchos voltajes. Si el receptor estuviera esperando un voltaje fijo, la degradación de este pulso lo habría hecho irrecuperable. El bit también habría sido irrecuperable si el receptor estuviera mirando solamente por aquellos pulsos que mantienen el mismo voltaje a lo largo de su duración. Control y temporización Solamente 4 hilos de los 25 disponibles en la interfaz EIA-232 se usan para las funciones de datos. Los 21 hilos restantes están reservados para funciones como control, temporización, tierra y pruebas. La especificación eléctrica de estos otros hilos es similar a la de los que

9 capitulo06 5/2/03 09:21 Página 141 CAPÍTULO 6. TRANSMISIÓN DE DATOS DIGITALES: INTERFACES Y MÓDEMS 141 Voltio Figura Codificación NRZ-L Área permitida Área indefinida Área indefinida Área permitida Especificaciones eléctricas para envío de datos en el EIA-232. Tiempo gobiernan la transmisión de datos, pero más sencilla. Cualquiera de ellas se considera a ON si transmite un voltaje de al menos +3 voltios y OFF si transmite un voltaje con un valor menor de 3 voltios. La especificación eléctrica del EIA-232 define que las señales distintas a las de datos deben enviarse usando OFF (menor que 3 voltios) y ON (mayor que +3 voltios). La Figura 6.9 muestra una de estas señales. La especificación para la señal de control es conceptualmente inversa a la de la transmisión de datos. Un valor de voltaje positivo significa ON y negativo significa OFF. Observe también que OFF se sigue significando mediante la transmisión de un rango específico de voltaje. La ausencia de voltaje en uno de estos hilos mientras que el sistema está funcionando indica que algo está funcionando mal y no que la línea esté apagada. Una última función importante de la especificación eléctrica es la definición de la tasa de bits. El EIA-232 permite una tasa de bits máxima de 20 Kbps, aunque en la práctica se suele obtener más. Voltio On Área permitida Off Área indefinida Área indefinida Área permitida Tiempo Figura 6.9. Especificaciones eléctricas para las señales de control del EIA-232.

10 capitulo06 5/2/03 09:21 Página TRANSMISIÓN DE DATOS Y REDES DE COMUNICACIONES Transmisión Petición de datos para enviar Blindaje Recepción de datos Listo para enviar Detector de DCE señal de listo línea recibida Señal de tierra Reservado (pruebas) Reservado (pruebas) Detector secundario de señal de línea recibida Sin asignar Listo para enviar secundario Transmisión Recepción de datos de datos secundario secundario Bucle local DTE listo Indicador de anillo Temporización Temporización Bucle local y detector de señal del de señal del de calidad transmisor receptor Petición de (DCE-DTE) (DCE-DTE) para enviar señal secundario Temporización de señal del transmisor (DTE-DCE) Selector de velocidad de señal de datos Modo de pruebas Figura Funciones de las patillas en la versión DB-25 del EIA-232. La especificación funcional Hay disponibles dos implementaciones distintas del EIA-232: DB-25 y DB-9. Implementación DB-25. El EIA-232 define las funciones asignadas a cada uno de las 25 patillas del conector DB-25. La Figura 6.10 muestra la orden y la funcionalidad de cada patilla de un conector macho. Recuerde que un conector hembra es una imagen en espejo del macho, de forma que la patilla 1 del enchufe se corresponde con el tubo 1 del receptáculo y así sucesivamente. Cada función de comunicación tiene una función espejo, o respuesta, para el tráfico en la dirección opuesta, para permitir la operación full-dúplex. Por ejemplo, la patilla 2 es para transmitir datos, mientras que la patilla 3 es para recibir datos. De esta forma, ambos equipos pueden transmitir datos al mismo tiempo. Como se puede ver en la Figura 6.10, no todas las patillas son funcionales. Las patillas 9 y 10 se reservan para uso futuro. La patilla 11 está todavía sin asignar. Implementación DB-9. Muchas de las patillas de la implementación del DB-25 no son necesarias en una conexión asíncrona sencilla. Por ello, se ha desarrollado una versión más sencilla del EIA-232 que solo usa 9 patillas, conocida como DB-9 y mostrada en la Figura Observe que no hay una relación patilla a patilla entre ambas implementaciones.

11 capitulo06 5/2/03 09:21 Página 143 CAPÍTULO 6. TRANSMISIÓN DE DATOS DIGITALES: INTERFACES Y MÓDEMS 143 Detección de portadora Datos recibidos Datos transmitidos DTE listo Tierra Petición para enviar DCE listo Listo para enviar Indicador de anillo Figura Funciones de las patillas en la versión DB-9 del EIA-232. Un ejemplo El ejemplo, que se presenta en la Figura 6.12, muestra el funcionamiento del EIA-232 en modo síncrono full-dúplex sobre una línea dedicada que usa solamente el canal primario. En este caso los DCE son módems y los DTE son computadoras. Hay cinco pasos distintos, desde la preparación hasta la terminación. Este es un modelo full-dúplex, por lo que ambos sistemas computadora/módem pueden transmitir datos concurrentemente. Sin embargo, en términos del modelo EIA siempre se puede clasificar un sistema como emisor y otro como receptor. El paso 1 muestra la preparación de las interfaces para la transmisión. Los dos circuitos de tierra, 1 (blindaje) y 7 (señal de tierra), están activos entre ambas combinaciones de la computadora/módem emisora (izquierda) y la combinación de computadora/módem receptora (derecha). El paso 2 asegura que los cuatro dispositivos están listos para la transmisión. En primer lugar, el DTE emisor activa la patilla 20 y envía un mensaje DTE listo a su DCE. El DCE responde activando la patilla 6 y devolviendo un mensaje DCE listo. Esta misma secuencia se lleva a cabo entre la computadora y el módem remoto. El paso 3 establece la conexión física entre los módems emisor y receptor. Se podría pensar en este paso como la activación on de la transmisión. Es el primer paso que involucra a la red. Primero, el DTE emisor activa la patilla 4 y envía a su DCE un mensaje de petición-paraenviar. El DCE transmite una señal portadora al módem receptor. Cuando el módem receptor detecta la señal portadora, activa la patilla 8, que corresponde al detector de señal de línea recibida, indicando a su computadora que va a comenzar una transmisión. Después de transmitir la señal portadora, el DCE emisor activa la patilla 5, enviando a su DTE un mensaje de listo-para-enviar. La computadora y el módem remoto hacen lo mismo. El paso 4 es el procedimiento de la transferencia de datos. La computadora emisora transfiere su flujo de datos a su módem por el circuito 2, acompañado de una señal de temporización por el circuito 24. El módem convierte los datos digitales a una señal analógica y los envía por la red. El módem receptor recibe la señal, los convierte otra vez en datos digitales y los pasa a su computadora a través del circuito 3, junto con el pulso de temporización por el circuito 17. La computadora receptora sigue en todo momento el mismo procedimiento para enviar datos a la computadora emisora.

12 capitulo06 5/2/03 09:21 Página TRANSMISIÓN DE DATOS Y REDES DE COMUNICACIONES DTE DTE DCE DCE Paso 1: Preparación Paso 1: Preparación Paso 2: Listo Paso 3: Establecimiento Portadora Portadora Paso 2: Listo Paso 3: Establecimiento Paso 4: Transferencia de datos Datos Datos Paso 4: Transferencia de datos Paso 5: Desconexión Off Off Off Portadora off Portadora off Off Off Off Paso 5: Desconexión PATILLAS 1 Blindaje 2 Transmisión de datos 3 Recepción de datos 4 Petición para enviar 5 Listo para enviar 6 DCE listo 7 Tierra 20 DTE listo 8 Detector de señal de línea recibida 17 Temporización de señal del receptor 24 Temporización de señal del transmisor Figura Transmisión síncrona full-dúplex. Una vez que ambos lados han completado sus transmisiones, ambas computadoras desactivan los circuitos petición-para-enviar; los módems desconectan sus señales portadoras, sus detectores de señal de línea recibida (no hay ya ninguna línea para detectar) y sus circuitos listo-para-enviar (paso 5). Módem nulo Suponga que necesita conectar dos DTE en el mismo edificio, por ejemplo dos estaciones de trabajo o un terminal a una estación de trabajo. No es necesario usar módems para conectar directamente dos equipos digitales compatibles; la transmisión no tiene que cruzar líneas analógicas, como las líneas telefónicas, y por tanto no necesita ser modulada. Pero es necesario tener una interfaz para gestionar el intercambio (establecimiento de conexión, transferencia de datos, recepción, etc.) de la misma forma que lo hace un cable DTE-DCE del EIA-232.

13 capitulo06 5/2/03 09:21 Página 145 CAPÍTULO 6. TRANSMISIÓN DE DATOS DIGITALES: INTERFACES Y MÓDEMS 145 Transmitir Recibir DTE 2 3 DCE 2 3 Red DCE 2 3 DTE 2 3 Transmitir Recibir a. DTE conectados a través de DCE Transmitir Recibir DTE 2 3 DTE 2 3 Transmitir Recibir b. DTE conectados directamente Figura Uso de conexiones con las patillas de datos regulares con y sin DCE. La solución, propuesta por el estándar de la EIA, se denomina módem nulo. Un módem nulo proporciona la interfaz DTE-DTE sin DCE. Por qué usar un módem nulo? Si todo lo que se necesita es la interfaz por qué no usar un cable estándar EIA-232? Para comprender el problema, examine la Figura La parte a muestra una conexión que usa una red telefónica. Los dos DTE están intercambiando información a través de DCE. Cada DTE envía sus datos a través de la patilla 2 y el DCE los recibe en su patilla 2; y cada DTE recibe a través de la patilla 3 los datos que han sido enviados por su DCE usando su propia patilla 3. Como se puede ver, el cable EIA-232 conecta la patilla 2 del DTE a la patilla 2 del DCE y la patilla 3 del DCE a la patilla 3 del DTE. El tráfico que usa la patilla 2 es siempre de salida del DTE. El tráfico que usa la patilla 3 es siempre de entrada al DTE. Un DCE reconoce la dirección de una señal y la pasa al circuito adecuado. La parte b de la figura muestra qué pasa cuando se usa la misma conexión entre dos DTE. Sin un DTE que conmute las señales de o hacia las patillas apropiadas, ambos DTE intentan transmitir sobre el mismo hilo de la patilla 2 y recibir sobre el mismo hilo de la patilla 3. Cada DTE está transmitiendo a la patilla de transmisión del otro, no a su patilla receptora. El circuito de recepción (3) no hace nada porque ha sido completamente aislado de la transmisión. El circuito de transmisión (2) acaba teniendo ruido de colisiones y señales que no pueden ser nunca recibidas en los DTE. No es posible establecer una comunicación de datos de un dispositivo a otro. Conexiones cruzadas. Para que sea posible realizar la transmisión, es necesario cruzar los cables de forma que la patilla 2 del primer DTE se conecte con la patilla 3 del segundo DTE y la patilla 2 del segundo DTE se conecte con la patilla 3 del primero. Estas dos patillas son las más importantes. Sin embargo, varias de los otras tendrían problemas similares y también necesitarían ser recableadas (véase la Figura 6.14). Un módem nulo es una interfaz EIA-232 que completa los circuitos necesarios para hacer que los DTE de los extremos crean que tienen un DCE y una red entre ellos. Debido a que su propósito es establecer las conexiones, un módem nulo puede ser tanto un cable como un dispositivo o incluso lo puede construir usted mismo usando un cable EIA-232 estándar y una caja de conexión que le permita cruzar los cables directamente de la forma que desee. De todas estas opciones, el cable es la más habitualmente usada y la más conveniente (véase la Figura 6.14).

14 capitulo06 5/2/03 09:21 Página TRANSMISIÓN DE DATOS Y REDES DE COMUNICACIONES Módem nulo Tierra 7 7 Tierra Listo Listo 4 4 Activación 5 5 Activación 8 8 Transferencia de datos Transferencia de datos Temporizador Temporizador DTE DTE Figura Conexiones de las patillas de un módem nulo. Otras diferencias. Mientras que el cable de la interfaz del DTE-DCE en el EIA-232 tiene un conector hembra en el extremo del DTE y un conector macho en el extremo del DCE, un módem nulo tiene conectores hembra en ambos extremos para permitir la conexión a los puertos del DTE del EIA-232, que son machos OTROS ESTÁNDARES DE INTERFACES EIA-232 restringe tanto la tasa de datos como la longitud del cable (capacidad de enviar una señal a distancia): la tasa de datos a 20 Kbps y la longitud del cable a 50 pies (15 metros). Para satisfacer las necesidades de los usuarios que necesitan más velocidad y/o distancia, la EIA y la ITU-T crearon estándares de interfaz adicionales: EIA-449, EIA-530 y X.21. EIA-449 Las especificaciones mecánicas del EIA-449 definen una combinación de dos conectores: uno con 37 patillas (DB-37) y otro con 9 patillas (DB-9), para obtener un conector combinado de 46 patillas (véase la Figura 6.15). Las especificaciones funcionales del EIA-449 definen las propiedades de las patillas del DB-37 similares a las del DB-25. La principal diferencia funcional entre los conectores de 25 y 37 patillas es que todas las funciones relativas al canal secundario se han eli-

15 capitulo06 5/2/03 09:21 Página 147 CAPÍTULO 6. TRANSMISIÓN DE DATOS DIGITALES: INTERFACES Y MÓDEMS 147 Receptáculo DB-37 Receptáculo DB-9 Enchufe DB-37 Enchufe DB-9 Figura DB del EIA-449. minado del conector DB-37. Debido a que el canal secundario se usa muy raramente, el EIA-449 ha eliminado estas funciones y las ha puesto en el segundo conector de 9 patillas (DB-9). De esta forma, hay un segundo canal disponible para aquellos sistemas que lo necesiten. Funciones de las patillas del DB-37 Para mantener la compatibilidad con el EIA-232, el EIA-449 define dos categorías de patillas que se pueden usar en el intercambio de datos, control e información de temporización (véase la Tabla 6.1). Tabla 6.1. Patillas DB-37 Patilla Función Categoría Patilla Función Categoría 1 Blindaje 20 Referencia de recepción II 2 Indicador tasa de señal 21 Sin asignar I 3 Sin asignar 22 Envío de datos I 4 Envío de datos I 23 Temporización de envío I 5 Temporización de envío I 24 Recepción de datos I 6 Recepción de datos I 25 Petición de envío I 7 Petición de envío I 26 Temporización de recepción I 8 Temporización de recepción I 27 Listo para enviar I 9 Listo para enviar I 28 Terminal en servicio II

16 capitulo06 5/2/03 09:21 Página TRANSMISIÓN DE DATOS Y REDES DE COMUNICACIONES Tabla 6.1. Patillas DB-37 (continuación) Patilla Función Categoría Patilla Función Categoría 10 Bucle local II 29 Modo de datos I 11 Modo de datos I 30 Terminal listo I 12 Terminal listo I 31 Listo para recibir I 13 Listo para recibir I 32 Espera seleccionada II 14 Bucle remoto II 33 Calidad de señal 15 Llamada entrante 34 Señal nueva II 16 Selección de frecuencia II 35 Temporización de terminal I 17 Temporización de terminal I 36 Indicador de espera II 18 Modo de prueba II 37 Referencia de envío II 19 Señal de tierra Patillas de categoría I La categoría I incluye aquellas patillas cuyas funciones son compatibles con el EIA-232 (aunque la mayoría han sido renombrados). Para cada patilla de categoría I, el EIA-449 define dos patillas, una para la primera columna y una para la segunda columna. Por ejemplo, tanto la patilla 4 como la 22 se llaman envío de datos. Estas dos patillas tienen una funcionalidad equivalente a la patilla 2 en EIA-232. Tanto la patilla 5 como la 23 se denominan envío de temporización y la 6 y la 24 se llaman recepción de datos. Incluso algo más interesante a observar es que estos pares de patillas son verticalmente adyacentes entre sí en el conector, con la patilla de la segunda columna ocupando básicamente la posición que está debajo de su contraparte en la primera columna (numere el conector del DB-37 basándose en la numeración del conector DB-25 para ver estas relaciones). Esta estructura es lo que hace tan potente al EIA-449. Cómo se relacionan las patillas entre sí se verá mejor posteriormente en esta sección, cuando se traten los dos métodos alternativos de señalización definidos en las especificaciones eléctricas. Patillas de categoría II Las patillas de categoría II son aquellas que no tienen un equivalente en EIA-232 o que han sido redefinidas. Los números y las funciones de las nuevas patillas son los siguientes: Bucle local. La patilla 10 se usa para probar el bucle local. Bucle remoto. La patilla 14 se usa para probar el bucle remoto.

17 capitulo06 5/2/03 09:21 Página 149 CAPÍTULO 6. TRANSMISIÓN DE DATOS DIGITALES: INTERFACES Y MÓDEMS 149 Selección de frecuencia. La patilla 16 se usa para elegir entre dos tasas de frecuencia distintas. Modo de prueba. La patilla 18 se usa para probar a distintos niveles. Referencia común de recepción. La patilla 20 proporciona una línea de retorno de señal común para los circuitos desbalanceados que van del DCE al DTE. Terminal en servicio. La patilla 28 indica al DCE si el DTE está o no operacional. Selección de equipo suplente. La patilla 32 permite al DTE solicitar el uso de un equipo en espera en caso de fallo. Nueva señal. La patilla 34 está disponible para aplicaciones multipunto en las cuales un DTE primario controla varios DTE secundarios. Cuando se activa, la patilla 34 indica que un DTE ha terminado su intercambio de datos y que otro va a empezar. Indicador de equipo suplente. La patilla 36 proporciona la señal de confirmación del DCE en respuesta a una selección en espera (patilla 32). Referencia común de envío. La patilla 37 proporciona una línea de retorno de señal común para los circuitos no balanceados del DTE al DCE. Funciones de las patillas del DB-9 La Tabla 6.2 muestra las funciones de las patillas del conector DB-9. Observe que el conector DB-9 es aquí distinto del que se trató en el EIA-232. Especificaciones eléctricas: RS-423 y RS-422 El EIA-449 usa dos estándares para definir sus especificaciones eléctricas: RS-423 (para circuitos sin balancear) y RS-422 (para circuitos balanceados). Tabla 6.2. Patilla Patillas del DB-9 Función 1 Blindaje 2 Secundario listo para recibir 3 Envío de datos al secundario 4 Recepción de datos del secundario 5 Señal de tierra 6 Referencia de recepción 7 Petición para enviar al secundario 8 Listo para enviar al secundario 9 Referencia común de envío

18 capitulo06 5/2/03 09:21 Página TRANSMISIÓN DE DATOS Y REDES DE COMUNICACIONES Distancia 40 ft 4000 ft Tasa de datos 100 Kbps 1 Kbps S NRZ-L Retorno común R lógico 1 lógico Figura RS-423: Modo desbalanceado. RS-423: Modo desbalanceado El RS-423 es una especificación de circuito sin balancear, lo que significa que define solamente una línea para propagar una señal. Todas las señales de este estándar usan un retorno común (o tierra) para completar el circuito. La Figura 6.16 da una visión conceptual de este tipo de circuito así como las especificaciones del estándar. En el modo de circuito desbalanceado, el EIA-449 indica que hay que usar únicamente la primera patilla de cada par de patillas de Categoría I y todas las patillas de la Categoría II. RS-422: Modo balanceado El RS-422 es una especificación de circuito balanceado, lo que significa que define dos líneas para la propagación de cada señal. De nuevo, las señales usan un retorno común (o tierra) para el retorno de la señal. La Figura 6.17 da una visión conceptual de las especificaciones para este estándar. En el modo balanceado, el EIA-449 usa todos los pares de patillas de Distancia 40 ft 4000 ft Tasa de datos 10 Mbps 1 Kbps NRZ-L S R lógico NRZ-L 0 Retorno común lógico Figura RS-422: Modo balanceado.

19 capitulo06 5/2/03 09:21 Página 151 CAPÍTULO 6. TRANSMISIÓN DE DATOS DIGITALES: INTERFACES Y MÓDEMS 151 la Categoría I, pero no usa las patillas de Categoría II. Como se puede ver en las especificaciones eléctricas de este estándar, la proporción de tasa de datos a distancia es mucho mayor que la del estándar desbalanceado o el EIA-232: 10 Mbps para transmisiones a 40 pies. En el modo balanceado, dos líneas llevan la misma transmisión. Sin embargo, no llevan señales idénticas. La señal de una línea es el complemento de la señal en la otra. Cuando se dibuja, el complemento parece como una imagen simétrica de la señal original (véase la Figura 6.17). En lugar de escuchar a cualquiera de las señales reales, el receptor detecta las diferencias entre las dos. Este mecanismo hace que un circuito balanceado sea menos susceptible al ruido que un circuito sin balancear y mejora su rendimiento. A medida que las señales complementarias llegan al receptor, se pasan a través de un sustractor (un amplificador diferencial). Este mecanismo resta la segunda señal de la primera antes de interpretarla. Debido a que ambas señales son complementarias, el resultado de la resta es el doble del valor de la primera señal. Por ejemplo, si en un momento determinado la primera señal tiene un voltaje de 5, la segunda señal tendrá un voltaje de 5. Por tanto, el resultado de la resta es 5 ( 5), lo que es igual a 10. Si la transmisión tiene ruido, éste afecta a ambas señales de la misma forma (el ruido positivo afecta a ambas señales positivamente; el ruido negativo afecta a ambas señales negativamente). Como resultado, se elimina el ruido durante el proceso de sustracción (véase la Figura 6.18). Por ejemplo, supongamos que se han introducido 2 voltios de ruido en el punto donde la primera señal es de 5 voltios y su complemento es de 5 voltios. La adición distorsiona la primera señal a 7 voltios y la segunda a 3 voltios. 7 ( 3) sigue siendo igual a 10. Es esta habilidad de neutralizar los efectos del ruido lo que permite que la transmisión balanceada pueda funcionar con tasas de datos más alta. (a) Señal original (b) Original y complementario (c) Ruido que afecta a ambas señales (d) Señales y ruido (e) Después de la negación de la segunda señal (f) Después de la suma (g) Después de reescalar Figura Cancelación del ruido en el modo balanceado.

20 capitulo06 5/2/03 09:21 Página TRANSMISIÓN DE DATOS Y REDES DE COMUNICACIONES EIA-530 El EIA-449 proporciona mucha mejor funcionalidad que el EIA-232. Sin embargo, necesita un conector DB-37, que la industria ha sido reluctante a adoptar debido a la cantidad de inversión ya realizada en el DB-25. A pesar de ello, para mejorar la aceptación del nuevo estándar, el EIA desarrolló una versión del EIA-449 que usa patillas DB-25: el EIA-530. Las funciones de las patillas del EIA-530 son esencialmente las del EIA-449 Categoría I más 3 patillas de la Categoría II (los circuitos de bucle). Se han omitido algunos de las patillas del EIA-232, incluyendo los indicadores de anillo, el detector de calidad de señal y el selector de tasa de datos de la señal. El EIA-530 tampoco soporta un circuito secundario. X.21 La X.21 es una interfaz estándar diseñada por la ITU-T para resolver muchos de los problemas existentes en las interfaces EIA y, al mismo tiempo, preparar el camino para las comunicaciones completamente digitales. Uso de circuitos de datos para control Una gran proporción de los circuitos de las interfaces del EIA se usa para control. Estos circuitos son necesarios porque los estándares implementan funciones de control como señales separadas. En una línea especial, la información de control se representa solamente por voltajes positivos y negativos. Pero, si las señales de control se codifican usando caracteres de control significativos de un sistema como el ASCII, se pueden transmitir a través de las líneas de datos. Por esta razón, el X.21 elimina la mayor parte de los circuitos de control existentes en los estándares del EIA y, en su lugar, redirige su tráfico a los circuitos de datos. Para hacer posible la consolidación de esta funcionalidad, tanto el DTE como el DCE necesitan añadir circuitos lógicos que les permitan transformar los códigos de control en flujos de bits que se puedan enviar por las líneas de datos. Ambos necesitan también lógica adicional para discriminar entre la información de control y los datos en el receptor. Este diseño permite que el X.21 no sólo use menos patillas, sino que también se pueda usar para las telecomunicaciones digitales donde la información de control se envía de un dispositivo a otro sobre una red en lugar de usar DTE y DCE. A medida que emerge la tecnología digital, es necesario gestionar más y más información de control, incluyendo marcado, remarcado, espera, etc. X.21 es útil como interfaz para conectar computadoras digitales a dispositivos analógicos, tales como módems, y como un conector entre computadoras digitales e interfaces digitales tales como RDSI y X.25, que se describen en los Capítulos 16 y 17. X.21 ha sido diseñado para trabajar con circuitos balanceados a 64 Kpbs, una velocidad que se ha convertido en un estándar de la industria. Funciones de las patillas La Figura 6.19 muestra el conector especificado por X.21, denominado DB-15. Como indica su nombre, el DB-15 es un conector de 15 patillas. Temporización de Byte. Otra ventaja que ofrece X.21 es que existen líneas de temporización para controlar la sincronización de bytes, además de la sincronización a nivel de bit propuesta por los estándares de la EIA. X.21 mejora la sincronización global de las transmisiones añadiendo un pulso de temporización de byte (patillas 7 y 14).

21 capitulo06 5/2/03 09:21 Página 153 CAPÍTULO 6. TRANSMISIÓN DE DATOS DIGITALES: INTERFACES Y MÓDEMS 153 Receptáculos DB-15 Enchufe DB-15 Figura Conector DB-15. Control e inicio. Las patillas 3 y 5 del conector DB-15 se usan para el saludo inicial, o acuerdo, antes de empezar a transmitir. La patilla 3 es equivalente al de petición de envío. La patilla 5 es equivalente al de listo para enviar. La Tabla 6.3 muestra las funciones de cada patilla. Tabla 6.3. Patillas del DB-15 Patilla Función Patilla Función 1 Blindaje 9 Transmisión de datos o de control 2 Transmisión de datos o de control 10 Control 3 Control 11 Recepción de datos o de control 4 Recepción de datos o de control 12 Indicación 5 Indicación 13 Señal de temporización de elementos 6 Señal de temporización de elementos 14 Temporización de byte 7 Temporización de byte 15 Reservado 8 Señal de tierra 6.4. MÓDEMS El tipo más familiar de DCE es un módem. Cualquiera que haya navegado por Internet, accedido a una computadora de la oficina desde casa o rellenado un formulario a través de un procesador de texto usando la línea telefónica, ha usado un módem. El módem interno o externo asociado con su computadora personal es lo que convierte la señal digital generada por la computadora en una señal analógica que se puede transportar por las líneas telefónicas públicas. También, es el dispositivo que convierte las señales analógicas recibidas de la línea telefónica en señales digitales que se pueden usar en su computadora.

22 capitulo06 5/2/03 09:21 Página TRANSMISIÓN DE DATOS Y REDES DE COMUNICACIONES Modulador Demodulador Estación de conmutación Módem Red telefónica Estación de conmutación Modulador Demodulador Módem Figura Concepto de módem. El término módem es una palabra compuesta que indica las dos entidades funcionales que componen el dispositivo: un modulador de señal y un demodulador de señal. La relación entre las dos partes se muestra en la Figura Módem significa modulador/demodulador. Un modulador convierte una señal digital en una señal analógica usando ASK, FSK, PSK o QAM. Un demodulador convierte una señal analógica en una señal digital. A pesar de que el demodulador recuerda un conversor analógico-a-digital, no es un conversor de ningún tipo. No ha muestreado una señal para crear un equivalente digital; solamente revierte el proceso de modulación, es decir, realiza la demodulación. Un modulador convierte una señal digital en una señal analógica. Un demodulador convierte una señal analógica en una señal digital. La Figura 6.20 muestra la relación entre módems de un enlace de comunicación. Las dos PC en los extremos son los DTE; los módems son los DCE. El DTE crea una señal digital y se la entrega al módem a través de una interfaz (como la EIA-232 vista anteriormente). La señal modulada es recibida por la función de demodulación del segundo módem. El demodulador toma la señal ASK, FSK, PSK o QAM y la decodifica en un formato que sea aceptable para su computadora. A continuación entrega la señal digital resultante a la computadora receptora a través de su interfaz. Cada DCE debe ser compatible tanto con su propio DTE como con otros DCE. Tasa de transmisión Probablemente habrá oído describir a los módems como de alta velocidad o de baja velocidad para indicar la cantidad de bits por segundo que un dispositivo específico es capaz de

23 capitulo06 5/2/03 09:21 Página 155 CAPÍTULO 6. TRANSMISIÓN DE DATOS DIGITALES: INTERFACES Y MÓDEMS 155 transmitir o recibir. Pero antes de hablar sobre los distintos módems comerciales y sus tasas de datos, es necesario examinar las limitaciones que sobre la tasa de transmisión impone el medio en sí mismo. Ancho de banda El concepto de ancho de banda se definió al final del Capítulo 4. Ahora se puede aplicar este concepto al medio físico para ver sus efectos sobre la transmisión. La tasa de datos de un enlace depende del tipo de codificación usado y del ancho de banda del medio. El ancho de banda del medio está relacionado con la limitación inherente de las propiedades físicas del medio; cada línea tiene un rango de frecuencias que puede transmitir. Si la frecuencia de una señal es demasiado baja, puede saturar la capacitancia de la línea. Si es demasiado alta, puede ser obstaculizada por la inductancia de la línea. Por tanto, se puede decir que cada línea tiene un límite superior y un límite inferior para las frecuencias de las señales que puede transportar. Este rango limitado es lo que se denomina el ancho de banda. Cada línea tiene un límite superior y un límite inferior para las frecuencias de las señales que puede transportar. Este rango limitado es lo que se denomina ancho de banda. Las líneas telefónicas tradicionales pueden transportar frecuencias entre 300 Hz y Hz, lo que les da un ancho de banda de Hz. Todo este rango se usa para transmitir voz, por lo que se puede permitir un alto grado de distorsión sin que haya pérdida de inteligibilidad. Sin embargo, como se ha visto, las señales de datos requieren un grado más alto de exactitud para asegurar la integridad. Por tanto, en aras de la seguridad, los bordes del rango no se usan para comunicación de datos. En general, se puede decir que el ancho de banda de la señal debe ser más pequeño que el ancho de banda del cable. El ancho de banda efectivo de una línea telefónica usada para transmisión de datos es Hz, que cubre el rango desde los 600 Hz a los Hz. Observe que algunas líneas telefónicas actuales son capaces de manejar un ancho de banda mayor que las líneas tradicionales. Sin embargo, el diseño de los módems se basa todavía en su capacidad tradicional (véase la Figura 6.21). Una línea telefónica tiene un ancho de banda de casi Hz. Velocidad del módem Como se ha visto, cada equipo de conversión analógica manipula la señal de forma distinta: ASK manipula la amplitud, FSK manipula la frecuencia, PSK manipula la fase y QAM manipula tanto la fase como la amplitud. ASK. Como recordará del Capítulo 5, el ancho de banda necesario para las transmisiones con ASK es igual a la tasa de baudios de la señal. Asumiendo que todos los enlaces se usan para una única señal, como sería para las transmisiones simples o semidúplex, la máxima tasa de baudios para la modulación ASK es igual al ancho de banda total del medio de transmisión. Debido a que el ancho de banda efectivo de una línea telefónica es Hz, la máxima tasa de baudios es también Y debido a que la baudios y la tasa de bits son las mismas en la modulación ASK, la tasa de bits máxima es también (véase la Figura 6.22). En las transmisiones dúplex, sólo se puede usar la mitad del ancho de banda total en cada dirección. Por tanto, la máxima velocidad para la transmisión ASK en modo dúplex es 1.200

24 capitulo06 5/2/03 09:21 Página TRANSMISIÓN DE DATOS Y REDES DE COMUNICACIONES Usado para voz Usado para datos Hz para datos Hz para voz Figura Ancho de banda de la línea telefónica. Máx. tasa de baudios = Máx. tasa de bits = f c Figura Tasa de baudios en ASK semidúplex. Máx. tasa de baudios = Máx. tasa de bits = Máx. tasa de baudios = Máx. tasa de bits = Figura Tasa de baudios en ASK dúplex.

25 capitulo06 5/2/03 09:21 Página 157 CAPÍTULO 6. TRANSMISIÓN DE DATOS DIGITALES: INTERFACES Y MÓDEMS 157 bps. La Figura 6.23 muestra esta relación. El ancho de banda total disponible es Hz; cada dirección tiene por tanto disponibles Hz centrados alrededor de su propia frecuencia portadora. (Nota: algunas especificaciones de módem indican semidúplex mediante la abreviatura HDX y dúplex mediante la abreviatura FDX.) Aunque la tasa de bits de ASK es igual que la de los tipos más populares de modulación, sus problemas de ruido la hacen impracticable para su uso en los módems. Aunque ASK tiene una buena tasa de bits, no se usa actualmente debido al ruido. FSK. Como recordará del Capítulo 5, el ancho de banda necesario para una transmisión FSK es igual a la tasa de baudios de la señal más el desplazamiento de frecuencia. Asumiendo que se usa todo el enlace para una única señal, como ocurriría en la transmisión símplex o semidúplex, la tasa de baudios máxima para la modulación FSK es igual al ancho de banda total del medio de transmisión menos el desplazamiento de frecuencia. Debido a que el ancho de banda efectivo de una línea telefónica es Hz, la tasa de baudios máxima es, por tanto, menos el desplazamiento de la frecuencia. Y debido a que la tasa de baudios y la tasa de bits son la misma en la modulación FSK, la tasa de bits máxima es también menos el desplazamiento de frecuencia (véase la Figura 6.24). Máx. tasa de baudios = Máx. tasa de bits = (f c1 f c0 ) N/ 2 N/ 2 N/ 2 N/ 2 f c f c1 Figura Tasa de baudios en FSK semidúplex. Para cada dirección Máx. tasa de baudios = Máx. tasa de bits = [2.400/2] [f c1 f c0 ] f c0 f c1 f c0 f c1 (adelante) (adelante) (atrás) (atrás) Figura Tasa de baudios en FSK dúplex.

26 capitulo06 5/2/03 09:21 Página TRANSMISIÓN DE DATOS Y REDES DE COMUNICACIONES En la transmisión dúplex, solamente se usa la mitad del ancho de banda total del enlace para cada dirección. Por tanto, la máxima tasa teórica para FSK en modo dúplex es la mitad del ancho de banda total menos la mitad del desplazamiento de frecuencia. Las particiones FSK en modo dúplex se muestran en la Figura PSK y QAM. Como recordará, el ancho de banda mínimo necesario para la transmisión con PSK o QAM es el mismo que el necesario para la transmisión con ASK, pero la tasa de bits puede ser mayor dependiendo del número de bits que se pueden representar con cada unidad de señal. Comparación. La Tabla 6.4 resume la tasa de bits máxima sobre líneas telefónicas estándares de par trenzado para cada uno de los mecanismos de modulación examinados anteriormente. Estas figuras asumen una línea tradicional bifilar. Si se usan líneas de cuatro cables, la tasa de datos para la transmisión dúplex puede ser el doble. En este caso, dos cables se usan para enviar y dos cables para recibir los datos, consiguiendo por tanto doblar el ancho de banda disponible. Sin embargo, estos números son teóricos y no siempre pueden ser logrados con la tecnología disponible. Tabla 6.4. Tasa de bits teóricas para los módems Modulación Semidúplex Dúplex ASK FSK <2.400 < PSK PSK, 4-QAM PSK, 8-QAM QAM QAM QAM QAM QAM Estándares para módems En esta sección se van a presentar dos estándares para módems: módem Bell y módem ITU-T. Módems Bell Los primeros módems comerciales fueron fabricados por la Compañía Telefónica Bell a principios de Como primer y, durante largo tiempo, único fabricante en el mercado, Bell

27 capitulo06 5/2/03 09:21 Página 159 CAPÍTULO 6. TRANSMISIÓN DE DATOS DIGITALES: INTERFACES Y MÓDEMS FDX 300 baudios 300 bps 2-hilos FSK HDX baudios bps 2-hilos FDX 600 baudios bps 2-hilos HDX/FDX baudios bps 2/4-hilos FDX baudios bps 4-hilos FDX baudios bps 4-hilos ASK FSK PSK PSK PSK QAM Figura Módem Bell. definió el desarrollo de la tecnología y proporcionó un estándar de facto del cual partieron subsecuentes fabricantes. Actualmente hay docenas de compañías que producen cientos de tipos de módems distintos en todo el mundo. Con todo lo complejos y potentes que muchos modelos se han vuelto, todos ellos han evolucionado del original y relativamente sencillo primer modelo de Bell. Examinar estos primeros módems nos permite comprender las características básicas de los módems. La Figura 6.26 muestra las especificaciones de los principales módems Bell. Serie 103/113. Una de las primeras series de módems comercialmente disponibles fue la del Bell 103/113. La serie de módems Bell 103/113 opera en modo dúplex sobre una línea telefónica bifilar conmutada. La transmisión es asíncrona, usando modulación FSK. Las frecuencias del iniciador de sesión son Hz = 0 y Hz = 1. Las frecuencias del que responde son Hz = 0 y Hz = 1. La tasa de datos es 300 bps. La serie 113 es una variación de la serie 103 con características de comprobación adicionales.

28 capitulo06 5/2/03 09:21 Página TRANSMISIÓN DE DATOS Y REDES DE COMUNICACIONES Serie 202. La serie de módems Bell 202 opera en modo semidúplex sobre líneas telefónicas conmutadas bifilares. La transmisión es asíncrona, usando modulación FSK. Debido a que la serie 202 es semidúplex, solamente se usa un par de frecuencias de transmisión: Hz = 0 y Hz = 1. Observe que la serie 202 incluye una frecuencia de transmisión secundaria que opera en cada dirección a 387 Hz, usando una modulación ASK, con una tasa de datos de solamente 5 bps. Este canal es usado por el dispositivo receptor para decir al emisor que está conectado y para enviar mensajes de interrupción que indiquen que hay que parar la transmisión (control de flujo) o que solicitan el reenvío de datos (control de errores). Serie 212. La serie de módems Bell 212 tiene dos velocidades. La opción de tener una segunda velocidad permite la compatibilidad con un número más grande de sistemas. Ambas velocidades operan en modo dúplex sobre líneas telefónicas conmutadas. La velocidad más lenta, 300 bps, usa modulación FSK con transmisión asíncrona, igual que la serie 103/113. A la velocidad más alta, bps, puede operar tanto en modo síncrono como asíncrono y usa modulación 4-PSK. Mientras que los bps son la misma tasa de datos ya conseguida por la serie 202, la serie 212 consigue esa misma tasa en el dúplex además de en modo semidúplex. Observe que cambiando de la modulación FSK a PSK los diseñadores incrementaron drásticamente la eficiencia de la transmisión. En la serie 202, se usan dos frecuencias para enviar bits distintos en una dirección. En la serie 212, las frecuencias representan dos direcciones de transmisión distintas. La modulación se hace cambiando la fase de cada frecuencia, con cada una de los cuatro desplazamientos de fase representando dos bits. Serie 201. Los módems de la serie 201 operan tanto en modo semidúplex sobre líneas conmutadas bifilares como en modo dúplex sobre líneas de cuatro cables. Todo el ancho de banda de la línea de dos hilos se dedica a una única dirección de transmisión. Las líneas de cuatro hilos permiten el uso de dos canales completamente separados, uno en cada dirección, y su procesamiento a través de un único módem en cada extremo. La transmisión es síncrona, usando modulación 4-PSK, lo que significa que solamente se necesita una frecuencia para transmitir sobre cada par de cables. Dividir las dos direcciones de transmisión en dos líneas físicamente separadas permite a cada dirección usar el ancho de banda completo de la línea. Esto significa que usando esencialmente la misma tecnología se dobla la tasa de datos a bps (o baudios) tanto en modo semidúplex como en modo dúplex (2.400 bps sigue siendo la mitad de la máxima tasa de datos teórica para la modulación 4-PSK sobre líneas telefónicas bifilares). Serie 208. Los módems de la serie 208 operan en modo dúplex sobre líneas dedicadas de cuatro hilos. La transmisión es síncrona y se usa la modulación 8-PSK. Al igual que la serie 201, los módems de la serie 208 consiguen el estatus dúplex doblando el número de hilos usados y dedicando el equivalente de una línea completa a cada dirección de transmisión. La diferencia que hay aquí es que la tecnología de modulación/demodulación es capaz de distinguir entre ocho desplazamientos de fase distintos. Este módem tiene una tasa de baudios de Puesto que maneja 3 bits por baudio (8-PSK crea tribits), esa tasa se traduce en una tasa de bits de bps. Serie 209. Los módems de la serie 209 operan en modo dúplex sobre una línea dedicada de cuatro cables. La transmisión es síncrona usando una modulación 16-QAM. Estos módems consiguen un estatus dúplex doblando el número de hilos, de forma que cada dirección de transmisión tiene un canal concreto para sí misma. Sin embargo, esta serie permite usar el ancho de banda total de cada canal. Y debido a que cada desplazamiento representa un quadbit, como cuando se usa 16-QAM, la tasa de datos es bps.

29 capitulo06 5/2/03 09:21 Página 161 CAPÍTULO 6. TRANSMISIÓN DE DATOS DIGITALES: INTERFACES Y MÓDEMS 161 Estándares de la ITU-T para módems Actualmente, muchos de los módems más populares se basan en los estándares publicados por la ITU-T. Para su estudio, estos módems se pueden dividir en dos grupos: los que son esencialmente equivalentes a las series de módems Bell por ejemplo, V.21 es similar al módem Bell 103 y aquellos que no lo son. Los módems de la ITU-T que son compatibles con las series Bell se muestran en la Tabla 6.5 junto a sus equivalentes Bell. Tabla 6.5. Compatibilidad ITU-T/Bell ITU-T Bell Tasa de Baudios Tasa de Bits Modulación V FSK V PSK V FSK V PSK V PSK V QAM Los módems ITU-T que no son equivalentes a los de las series Bell se describen a continuación. Sus características se muestran en la Figura V.22bis. El término bis indica que este módem es la segunda generación de la serie V.22 (bis es en latín dos veces). El V.22bis es un módem de dos velocidades, lo que significa que puede operar tanto a como a bps. La velocidad a usar depende de la velocidad del DCE al otro extremo del intercambio de datos. Cuando un V.22bis recibe datos de un módem a bps, opera en modo bps para ser compatible con el otro extremo. En el modo bps, el V.22bis usa modulación 4-DPSK (dibit) con una tasa de transmisión de 600 baudios. DPSK significa codificación por desplazamiento diferencial en fase, lo que significa que el patrón de bits define los cambios de fase, no la fase actual. Las reglas para representar cada uno de los cuatro patrones de bits son los siguientes: 00 cambio de fase de 90 grados 01 cambio de fase de 0 grados 10 cambio de fase de 180 grados 11 cambio de fase de 270 grados En el modo bps, el V.22bis usa 16-QAM (quadbit) Los dos dígitos menos significativos de cada quadbit se modulan usando el mismo esquema diferencial descrito para la transmisión de bps. Los dos bits más significativos se modulan basándose en un diagrama de constelación como el que se muestra en la Figura 6.28.

30 capitulo06 5/2/03 09:21 Página TRANSMISIÓN DE DATOS Y REDES DE COMUNICACIONES V.22bis FDX 600 baudios 1.200/2.400 bps 2-hilos V.32 FDX (pseudodúplex) baudios bps 2-hilos 4-DPSK, 16-QAM QAM (trellis) velocidades: bps usando 4-DPSK o bps usando 16-QAM 32-QAM permite 5 bits por baudio 4 bits de datos más un bit redundante V.32bis FDX baudios bps 4-hilos V.32terbo FDX baudios bps 4-hilos V.33 FDX baudios bps 4-hilos V.34 FDX baudios bps 4-hilos 64-QAM QAM QAM (trellis) QAM El primer módem estándar con una tasa de datos de bps 128-QAM permite 7 bits por baudio: 6 bits de datos más uno de redundancia Velocidad estándar: bps pero con compresión de datos puede conseguir velocidades tres veces mayores Figura Estándares de la ITU-T para módems. V.32. El V.32 es una versión mejorada del V.29 (véase la Tabla 6.5) que usa una modulación combinada y una técnica de codificación denominada modulación codificada trellis. Trellis es esencialmente QAM más un bit de redundancia. El flujo de datos se divide en secciones de cuatro bits. Sin embargo, en lugar de enviar un quadbit, se envía un quintbit (un patrón de cinco bits). El valor del bit extra se calcula a partir de los valores de los cuatro bits de datos anteriores. En cualquier sistema QAM, el receptor compara cada punto de la señal recibida con todos los puntos válidos de la constelación y selecciona el punto más cercano como valor de bit recibido. Una señal distorsionada por el ruido de la transmisión puede estar más cerca de un punto adyacente que del punto enviado en realidad, dando como resultado una identificación errónea del punto y un error en los datos recibidos. Cuanto más cerca estén los puntos en la cons-

31 capitulo06 5/2/03 09:21 Página 163 CAPÍTULO 6. TRANSMISIÓN DE DATOS DIGITALES: INTERFACES Y MÓDEMS Figura Constelación 16-QAM del V.22bis. Figura Constelación del V.32. telación, más probable es que el ruido de la transmisión pueda dar como resultado errores en la identificación de la señal. Añadiendo un bit redundante a cada quadbit, la modulación codificada trellis incrementa la cantidad de información usada para identificar cada patrón de bits y, por tanto, reduce el número de equivalencias posibles. Debido a ello, es mucho menos probable que una señal codificada trellis distorsionada por el ruido sea comparada con una señal normal QAM. Algunos fabricantes de módems que se ajustan a la norma V.32 usan la facilidad trellis para proporcionar funciones tales como detección de errores o corrección de errores. V.32 usa 32-QAM con una velocidad de baudios. Debido a que solamente 4 bits de cada quintbit representan datos, la velocidad resultante es = bps. Su diagrama de constelación se muestra en la Figura Los módems V.32 se pueden usar con una línea conmutada bifilar en lo que se denomina modo pseudodúplex. El modo pseudodúplex se basa en una técnica denominada cancelación de eco. V.32bis. El módem V.32bis fue el primero de los estándares ITU-T que proporcionó transmisión a bps. El V.32bis usa transmisión 64-QAM (6 bits por baudio) con una tasa de baudios ( = bps). Una mejora adicional proporcionada por el V.32bis es la inclusión de una característica de retroceso y avance automático que permite al módem ajustar su velocidad hacia delante y hacia atrás dependiendo de la calidad de la línea de la señal. V.32terbo. El V.32terbo es una versión mejorada del V.32bis (terbo es una modificación de la palabra ter, que en latín significa tercero). Usa 256-QAM para conseguir una tasa de bits de bps.

32 capitulo06 5/2/03 09:21 Página TRANSMISIÓN DE DATOS Y REDES DE COMUNICACIONES Figura Constelación del V.33. V.33. El V.33 se basa también en el V.32. Sin embargo, este módem usa modulación codificada trellis con 128-QAM a baudios. Cada cambio de señal representa un patrón de siete bits: seis bits de datos y un bit redundante. Los seis bits de datos por cambio (baudio) dan una velocidad de = bps. El diagrama de constelación de este esquema se muestra en la Figura V.34. El módem V.34, algunas veces denominado V.fast, proporciona una tasa de bits de o bps. Además, el V.34 proporciona compresión de datos, lo que permite tasas de datos dos o tres veces más altas que las de su velocidad normal. V.42. El estándar V.42 adoptado por la ITU-T usa un protocolo denominado procedimiento de acceso a enlace para módems (LAPM, Link Access Procedure for Modems). LAPM es una versión del protocolo de enlace de datos denominado HDLC, que se estudiará en el Capítulo 11. El estándar usa un segundo protocolo denominado procedimiento de corrección de error para los DCE, protocolo que permite al módem corregir errores. V.42bis. Después del V.42, la ITU-T adoptó el V.42bis. Este estándar incluye todas las características del V.42, pero añade también el método de compresión de Lempel-Ziv-Welch (que se trata en el Apéndice G). Los módems que usan este estándar pueden conseguir una razón de compresión de 3:1 a 4:1. Observe que la tasa de datos del módem no se incrementa; la compresión permite al usuario enviar más bits en un periodo de tiempo predefinido. Módems inteligentes El objetivo de un módem es modular y demodular una señal. Sin embargo, muchos de los módems actuales hacen más. En particular, hay una clase de módems, denominados módems inteligentes, que contienen software para proporcionar un cierto número de funciones adicionales, tales como respuesta automática y marcado. Los módems inteligentes fueron creados por Hayes Microcomputer Products, Inc. Recientemente, han aparecido otros fabricantes que ofrecen productos denominados módems compatibles con Hayes. Las instrucciones del Hayes y de los módems compatibles con Hayes se denominan órdenes AT (AT es una abreviatura de atención). El formato de la orden AT es: AT orden [parámetro] orden [parámetro] Cada orden comienza con las letras AT seguidas por una o más órdenes, cada una de las cuales puede tener uno o más parámetros. Por ejemplo, para hacer que el módem marque el número (408) , la orden es TD

33 capitulo06 5/2/03 09:21 Página 165 CAPÍTULO 6. TRANSMISIÓN DE DATOS DIGITALES: INTERFACES Y MÓDEMS 165 En la Tabla 6.6 se muestran unas pocas órdenes de ejemplo. Esta lista representa únicamente un subconjunto pequeño de las órdenes disponibles. Tabla 6.6. Órdenes AT Orden Significado Parámetros A B Poner el módem en modo respuesta Usar V.22bis a 1200 bps D Marcar el número El número a marcar E Activar/desactivar la impresión de eco 0 o 1 H Activar el enganche del on/off del módem 0 o 1 L Ajustar el volumen del altavoz n P T Usar marcación por pulsos Usar marcación por tonos 6.5. MODEMS DE 56K Los módems tradicionales tienen limitaciones en la tasa de datos (con un máximo de 33,6 Kbps), como se puede determinar usando la fórmula de Shannon (véase el Capítulo 7). Sin embargo, existen actualmente en el mercado módems nuevos, que se denominan módems de 56K, que tienen una tasa de bits de bps. Estos módems se pueden usar solamente si uno de los componentes de la comunicación está usando señalización digital (como hace, por ejemplo, un proveedor de Internet). Son asimétricos en cuanto que la carga de datos (flujo de datos del proveedor de Internet a la PC) tienen una tasa máxima de 56 Kbps, mientras la descarga (flujo de datos de la PC al proveedor de Internet) tiene una tasa máxima de 33,6 Kbps. Violan estos módems el principio de capacidad de Shannon? No, lo que ocurre es que el enfoque es distinto. Vamos a comparar ambos enfoques. Módems tradicionales Veamos qué ocurre cuando se usan módems tradicionales para enviar datos de una computadora en un lugar A a otra computadora situada en B y viceversa. Véase la Figura Del lugar A al lugar B La transmisión de datos del lugar A al lugar B sigue los pasos siguientes: 1. Los datos digitales son modulados por el módem en A.

34 capitulo06 5/2/03 09:21 Página TRANSMISIÓN DE DATOS Y REDES DE COMUNICACIONES A La modulación limita la velocidad de A a B Modulador Demodulador Módem Bucle local La cuantificación limita la velocidad de A a B PCM Estación de conmutación PCM inversa Red telefónica PCM inversa Estación de conmutación PCM Bucle local La cuantificación limita la velocidad de B a A Modulador Demodulador Módem B Figura Módems tradicionales. 2. Los datos analógicos son enviados por el módem a la estación de conmutación de A usando el bucle local. 3. En la estación de conmutación, los datos analógicos se convierten en datos digitales usando PCM. 4. Los datos digitales viajan a través de la red digital de la compañía telefónica y llegan a la estación de conmutación de B. 5. Los datos digitales se convierten en analógicos, en la estación de conmutación de B, usando PCM inversa. 6. Los datos analógicos se envían de la estación de conmutación de B al módem que usa el bucle local. 7. Los datos analógicos son demodulados por el módem en B. El factor que limita este proceso está en el paso 3. En este paso se cuantifica la señal analógica para crear la señal digital. El ruido de cuantificación resultante de este proceso limita la tasa de datos a 33,6 Kpbs. Del lugar B al lugar A La transmisión de datos de B a A sigue los mismos pasos. De nuevo, el factor limitante es el paso de cuantificación usando PCM. Resultado La tasa máxima de datos en cada dirección está limitada a 33,6 Kbps. Módems de 56K Si uno de los extremos es un proveedor de Internet y la señal no pasa a través de un convertidor PCM, se elimina la cuantificación en una dirección y la tasa de datos se puede incrementar a 56 Kbps (véase la Figura 6.32).

35 capitulo06 5/2/03 09:21 Página 167 CAPÍTULO 6. TRANSMISIÓN DE DATOS DIGITALES: INTERFACES Y MÓDEMS 167 A La cuantificación limita la velocidad de descarga Modulador Demodulador Módem Bucle local PCM Estación de conmutación PCM inversa Red telefónica Proveedor de Internet Enlace digital Internet Figura Módems 56K. Carga de datos La transmisión de datos del abonado (A) al proveedor de Internet (B) (carga de datos) sigue estos pasos: 1. Los datos digitales son modulados por el módem de A. 2. Los datos analógicos son enviados desde el módem a la estación de conmutación de A por el bucle local. 3. En la estación de conmutación, se convierten los datos a digitales usando PCM. 4. Los datos digitales viajan a través de la red digital de la compañía telefónica y son recibidos en la computadora del proveedor de Internet. En este caso, el factor limitante es de nuevo el paso 3. Esto significa que no existe ninguna mejora en este sentido de la comunicación. Sin embargo, el usuario no necesita una tasa de datos tan alta, puesto que en esta dirección solamente viajan pequeños bloques de datos (como correo electrónico y ficheros pequeños). Descarga de datos La transmisión de datos del proveedor de Internet (B) al módem en el sitio A (descarga de datos) tiene los pasos siguientes: 1. Los datos digitales son enviados por la computadora del proveedor de Internet a través de la red telefónica digital. 2. Los datos digitales se convierten en analógicos en la estación de conmutación, usando PCM inversa. 3. Los datos analógicos se envían desde la estación de conmutación de A al módem del bucle local. 4. Los datos analógicos son demodulados por el módem en A.

36 capitulo06 5/2/03 09:21 Página TRANSMISIÓN DE DATOS Y REDES DE COMUNICACIONES Observe que en esta dirección no hay cuantificación de datos usando PCM. Aquí no existe la limitación existente en la carga; los datos se pueden enviar a 56 Kbps. Esto es lo que el usuario está buscando, puesto que habitualmente lo que suele existir es descarga de archivos grandes desde Internet. Resultado La máxima tasa de datos de salida sigue siendo 33,6 Kbps, pero la tasa de datos en la dirección de entrada es de 56 Kbps. Por qué solo 56 Kbps? Ya que estos módems no están limitados en la carga de datos por la fórmula de capacidad de Shannon, por qué 56 Kbps? Por qué no más? La respuesta yace en la forma en que las compañías telefónicas digitalizan la voz. Las estaciones de conmutación usan PCM y PCM inversa, realizando muestras por segundo con 128 niveles distintos (7 bits por muestra). Esto da como resultado una tasa de datos de 56 Kbps ( = ) en la estación de conmutación MÓDEM DE CABLE La limitación de la tasa de datos de los módems tradicionales se debe principalmente al reducido ancho de banda de la línea telefónica del bucle local (hasta 4 KHz). Si hubiera disponible un ancho de banda mayor, se podrían diseñar módems capaces de manejar tasas de datos mucho más altas. Afortunadamente, la televisión por cable utiliza cables coaxiales en las residencias familiares, cables que tienen un ancho de banda de hasta 750 MHz, y algunas veces más. Este ancho de banda se divide normalmente en bandas de 6 MHz usando multiplexación por división de frecuencia (véase el Capítulo 8). Cada banda proporciona un canal de televisión. Se pueden dedicar dos bandas para permitir al usuario cargar y descargar información de Internet. La Figura 6.33 muestra el concepto de módem de cable. En lugar de usar la caja de cables tradicional, se utiliza un separador. Este separador envía las bandas de televisión a la televisión y las bandas de acceso a Internet al PC. Descarga y carga TV por cable Separador Caja del cable Tarjeta de red Figura Módem de cable.

37 capitulo06 5/2/03 09:21 Página 169 CAPÍTULO 6. TRANSMISIÓN DE DATOS DIGITALES: INTERFACES Y MÓDEMS 169 Descarga de datos La descarga de datos requiere habitualmente un ancho de banda de 6 MHz en el rango por encima de los 40 MHz. La técnica de demodulación usada es 64-QAM (6 bits cada vez). Esto significa que el usuario puede recibir información con una frecuencia de 6 MHz 6 = 36 Mbps Sin embargo, las PCs no son todavía capaces de recibir datos a esta velocidad. Actualmente la tasa está entre los 3 y los 10 Mbps. Carga de datos La carga de datos necesita un ancho de banda de 6MHz situado en un rango por debajo de los 40 MHz. A esta frecuencia tan baja, los electrodomésticos pueden crear un entorno ruidoso que afecta a la modulación. La técnica de modulación que se usa normalmente es QPSK (4 bits cada vez). Esto significa que un usuario puede enviar información con una velocidad de 6 MHz 2 = 12 Mbps En la actualidad, la tasa de salida está entre los 500 Kbps y 1 Mbps TÉRMINOS Y CONCEPTOS CLAVE ancho de banda del medio bit de inicio bit de parada carga de datos codificación con desplazamiento diferencial de fase (DPSK) DB-15 DB-25 DB-37 DB-9 demodulación demodulador descarga de datos EIA-232 EIA-449 EIA-530 equipo terminal del circuito de datos (DCE) equipo terminal de datos (DTE) estándar RS-422 estándar RS-423 interfaz módem módem 56K módem compatible Hayes módem de cable módem inteligente módem nulo módems Bell modulación modulación codificada trellis modulador procedimiento de acceso a enlaces para módem (LAPM) series V transmisión asíncrona transmisión paralela transmisión serie transmisión síncrona V.21 V.22 V.22bis V.32 V.32bis V.34 V.42 V.42bis X.21

38 capitulo06 5/2/03 09:21 Página TRANSMISIÓN DE DATOS Y REDES DE COMUNICACIONES 6.8. RESUMEN La transmisión digital se puede efectuar en modo serie o paralelo. En la transmisión paralela, se envía un grupo de bits simultáneamente, con una línea específica para cada bit. En la transmisión serie hay una única línea y todos los bits se envían secuencialmente. La transmisión serie puede ser síncrona o asíncrona. En la transmisión serie asíncrona, cada byte (grupo de 8 bits) se enmarca con un bit de inicio y un bit de parada. Puede haber un intervalo de longitud variable entre cada byte. En la transmisión serie síncrona, los bits se envían en un flujo continuo sin bits de inicio y de parada y sin intervalos entre los bytes. Reagrupar los bits en bytes significativos es responsabilidad del receptor. Un DTE (equipo terminal de datos) es un origen o destino para datos digitales binarios. Un DCE (equipo terminal del circuito de datos) recibe datos de un DTE y los cambia a una forma apropiada para la transmisión por la red. También puede efectuar la transformación inversa. Una interfaz DTE-DCE queda definida por sus características mecánicas, eléctricas y funcionales. El estándar EIA-232 define una interfaz DTE-DCE ampliamente empleada que usa un conector de 25 patillas (DB-25), cada uno de las cuales tiene una función específica. Las funciones se pueden clasificar como tierra, datos, control, temporización, reservadas y sin asignar. El estándar EIA-449 proporciona una tasa de datos y una capacidad de distancia mayor que el estándar EIA-232. El estándar EIA-449 define un conector de 37 patillas (DB-37) usado por el canal primario; el canal secundario tiene su propio conector de 9 patillas. Los patillas del DB-37 se dividen en Categoría I (patillas compatibles con EIA-232) y Categoría II (patillas nuevas no compatibles con EIA-232). Las especificaciones eléctricas del EIA-449 se definieron en los estándares RS-423 y RS El RS-422 es un circuito balanceado con dos líneas para propagación de señal. La degradación de la señal por ruido es menos problemática en el RS-422 que en el RS-423. El X.21 elimina muchas de las patillas de control de las interfaces enviando la información de control sobre las patillas de datos. Un módem nulo conecta dos DTE cercanos y compatibles que no necesitan redes o modulación. Un módem es un DCE que modula y demodula señales. Un módem transforma señales digitales en analógicas usando modulación ASK, FSK, PSK o QAM. Las propiedades físicas de la línea de transmisión limitan las frecuencias de las señales que se pueden transmitir. Una línea telefónica regular usa frecuencias entre los 600 Hz y los 3000 Hz para la transmisión de datos. Requiere un ancho de banda de 2400 Hz.

39 capitulo06 5/2/03 09:21 Página 171 CAPÍTULO 6. TRANSMISIÓN DE DATOS DIGITALES: INTERFACES Y MÓDEMS 171 La modulación ASK es especialmente susceptible al ruido. Debido a que usa dos frecuencias portadoras, la modulación FSK necesita más ancho de banda que la ASK y la PSK. La modulación PSK y QAM tienen dos ventajas sobre ASK: a. No son susceptibles al ruido. b. Cada cambio de señal puede representar más de un bit. Los módems más populares actualmente han sobrepasado las capacidades de los antiguos módems Bell y se basan en los estándares definidos por la ITU-T (las series V). La codificación trellis es una técnica que usa la redundancia para conseguir una tasa de errores baja. Un módem inteligente contiene software que permite realizar funciones adicionales a la modulación y demodulación. Los módems a 56K son asimétricos; reciben datos a una velocidad de 56 Kbps y los envían a una velocidad de 33,6 Kbps. El cable coaxial usado para la televisión por cable puede proporcionar a los clientes un medio con gran ancho de banda (y, por tanto, gran tasa de datos) para la comunicación de datos MATERIAL PRÁCTICO Preguntas de revisión 1. Explique los dos modos de transmisión de datos binarios a través de un enlace. 2. Cuáles son las ventajas y desventajas de la transmisión paralela? 3. Compare los dos métodos de transmisión serie. Discuta las ventajas y desventajas de cada uno. 4. Cuáles son las funciones de un DTE? Cuáles son las funciones de un DCE? Dé un ejemplo de cada uno. 5. Qué organizaciones de estandarización estuvieron involucradas en el desarrollo de las interfaces estándares DTE-DCE? 6. Nombre algunos estándares populares DTE-DCE. 7. Qué implementaciones hay disponibles del EIA-232? Por qué son distintas? 8. Cuál es el objetivo de un módem nulo? 9. Describa las patillas de datos de un módem nulo. 10. Compare el RS-423 con el RS Cómo puede el X.21 eliminar la mayor parte de los circuitos de control de los estándares de la EIA. 12. Qué significa el término módem? 13. Cuál es la función de un modulador? Cuál es la función de un demodulador? 14. Qué factores afectan a la tasa de datos de un enlace? 15. Defina el ancho de banda de una línea. Cuál es el ancho de banda de la línea telefónica tradicional? 16. Qué es un módem inteligente? 17. Explique la simetría de los módems de 56K. 18. Cómo consigue un módem de cable un ancho de banda tan grande?

40 capitulo06 5/2/03 09:21 Página TRANSMISIÓN DE DATOS Y REDES DE COMUNICACIONES 19. Cuál es la diferencia entre un canal primario y uno secundario de un módem? 20. Por qué hay pares de patillas de envío de datos, envío de temporización y recepción de datos en el conector DB-37? 21. Cuál es la diferencia entre un circuito balanceado y un circuito desbalanceado? 22. Cuál es la relación entre la tasa de datos y la distancia que los datos pueden viajar de forma fiable por una interfaz EIA? 23. La transmisión de los caracteres de un terminal a la computadora central es asíncrona. Explique por qué. 24. Qué describe la especificación mecánica del EIA-232? 25. Qué describe la especificación eléctrica del EIA-232? 26. Qué describe la especificación funcional del EIA-232? 27. De acuerdo al estándar EIA-449, cuál es la diferencia entre las patillas de Categoría I y Categoría II? 28. Por qué son necesarios los módems para las comunicaciones telefónicas? 29. En una línea telefónica bifilar, por qué la transmisión dúplex tiene la mitad de la tasa de bits de la transmisión semidúplex? 30. FSK es una buena elección para los módems de baja velocidad. Explique por qué no es adecuado para los módems de alta velocidad. 31. Explique la diferencia en la capacidad de transmisión cuando se usa una línea de cuatro hilos en lugar de una línea bifilar. 32. El ancho de banda mínimo de una señal ASK podría ser igual a la tasa de bits. Explique por qué esto es imposible en FSK. Preguntas con respuesta múltiple 33. En la transmisión, los bits se transmiten simultáneamente, cada uno a través de su propio hilo. a. serie asíncrona b. serie síncrona c. paralela d. a y b 34. En la transmisión, los bits se transmiten a través de un único hilo, uno cada vez. a. serie asíncrona b. serie síncrona c. paralela d. a y b 35. En la transmisión, se enmarca cada byte con un bit de inicio y un bit de terminación. a. serie asíncrona b. serie síncrona c. paralela d. a y b 36. En la transmisión asíncrona, el intervalo entre los bytes es. a. fijo b. variable c. una función de la tasa de datos d. cero

41 capitulo06 5/2/03 09:21 Página 173 CAPÍTULO 6. TRANSMISIÓN DE DATOS DIGITALES: INTERFACES Y MÓDEMS La transmisión síncrona no tiene. a. bit de inicio b. bit de parada c. intervalo entre bytes d. todo lo anterior 38. Un es un dispositivo que es origen o destino para datos digitales binarios. a. equipo terminal de datos b. equipo de transmisión de datos c. codificador terminal digital d. equipo de transmisión digital 39. Un es un dispositivo que transmite o recibe datos en forma de señal analógica o digital a través de una red. a. equipo de conexión digital b. equipo terminal del circuito de datos c. equipo de conversión de datos d. equipo de comunicación digital 40. El EIA-232 define las características de la interfaz DTE-DCE. a. mecánicas b. eléctricas c. funcionales d. todas las anteriores 41. El método de codificación especificado en el estándar EIA-232 es. a. NRZ-I b. NRZ-L c. Manchester d. Manchester diferencial 42. El estándar EIA-232 especifica que 0 debe ser voltios. a. mayor que 15 b. menos que 15 c. entre 3 y 15 d. entre 3 y La interfaz EIA-232 tiene patillas. a. 20 b. 24 c. 25 d Los datos se envían por la patilla de la interfaz EIA-232. a. 2 b. 3 c. 4 d. todas las anteriores 45. La mayoría (13) de las patillas de la interfaz EIA-232 se usan para tareas de. a. control b. temporización c. datos d. pruebas 46. En el estándar EIA-232 qué representa un valor de 12 V en un patilla de datos?

42 capitulo06 5/2/03 09:21 Página TRANSMISIÓN DE DATOS Y REDES DE COMUNICACIONES a. 1 b. 0 c. indefinido d. 1 o 0 dependiendo del esquema de codificación. 47. Cuáles de las patillas siguientes son necesarias previamente a la transmisión de datos? a. petición de envío (4) y listo para enviar (5) b. detector de señal de recepción de línea (8) c. DTE listo (20) y DCE listo (6) d. todos los anteriores 48. Qué patilla es necesaria para probar el bucle local? a. el bucle local (18) b. bucle remoto y detector de calidad de señal (21) c. modo de prueba (25) d. a y c 49. Qué patilla es necesaria para probar el bucle remoto? a. bucle remoto y detector de calidad de señal (21) b. el bucle local (18) c. modo de prueba (25) d. a y c 50. Qué patillas no se usan actualmente? a. 9 b. 10 c. 11 d. todas las anteriores 51. Qué patillas son usadas por el canal secundario? a. 12 b. 13 c. 19 d. todas las anteriores 52. El estándar especifica una longitud máxima de cable de 50 pies. a. EIA-449 b. EIA-232 c. RS-423 d. RS De acuerdo al estándar EIA-449 es posible usar una longitud de cable entre los 40 pies y los pies. a. 50 b. 500 c d La tasa de datos máxima para el RS-422 es veces que la tasa de datos máxima del RS-423. a. 0,1 b. 10 c. 100 d. 500

43 capitulo06 5/2/03 09:21 Página 175 CAPÍTULO 6. TRANSMISIÓN DE DATOS DIGITALES: INTERFACES Y MÓDEMS En el circuito RS-422, si el ruido cambia de un voltaje de 10 V a 12 V, su complemento debería tener un valor de V. a. 2 b. 8 c. 10 d Si un ruido de 0,5 V corrompe un bit de un circuito RS-422, se añadirán voltios al bit complementario. a. 1,0 b. 0,5 c. 0,5 d. 1,0 57. El X.21 elimina muchas de las patillas de que se encuentran en los estándares EIA. a. datos b. temporización c. control d. tierra 58. El X.21 usa un conector. a. DB-15 b. DB-25 c. DB-37 d. DB La información de control (distinta del saludo) se envía casi siempre en el estándar X.21 a través de las patillas de. a. datos b. temporización c. control d. tierra 60. Un módem nulo conecta la patilla de transmisión de datos (2) de un DTE a la. a. patilla de recepción de datos (3) del mismo DTE b. patilla de recepción de datos (3) de otro DTE c. patilla de transmisión de datos (2) de otro DTE d. una señal de tierra de otro DTE 61. Si hay dos DTE cercanos y compatibles que se pueden transmitir datos que no necesitan ser modulados, una buena interfaz a usar sería. a. un módem nulo b. un cable EIA-232 c. un conector DB-45 d. un transceptor 62. Dada una línea de transmisión en la que H es la frecuencia más alta y L es la frecuencia más baja, el ancho de banda de la línea es. a. H b. L c. H - L d. L - H 63. En una línea telefónica, el ancho de banda de la voz es habitualmente el ancho de banda que se usa para datos.

44 capitulo06 5/2/03 09:21 Página TRANSMISIÓN DE DATOS Y REDES DE COMUNICACIONES a. equivalente a b. menor que c. mayor que d. dos veces 64. Para una tasa de bits dada, el ancho de banda mínimo para ASK es el ancho de banda mínimo para FSK. a. equivalente b. menor que c. mayor que d. dos veces 65. A medida que se incrementa la tasa de bits de una señal FSK, el ancho de banda. a. se decrementa b. incrementa c. sigue siendo el mismo d. se dobla 66. En FSK, a medida que se incrementa la frecuencia de las dos portadoras, el ancho de banda. a. se decrementa b. se incrementa c. es el mismo d. se divide por la mitad 67. Cuál de las siguientes técnicas de modulación se usa en los módems? a. 16-QAM b. FSK c. 8-PSK d. todas las anteriores 68. La modulación 2-PSK necesita habitualmente el FSK para conseguir la misma tasa de datos. a. más ancho de banda que b. menos ancho de banda que c. el mismo ancho de banda que d. una orden de magnitud de ancho de banda más que 69. Cuál de los módems siguientes usa modulación FSK? a. Bell 103 b. Bell 201 c. Bell 212 d. todos los anteriores 70. Qué módem estándar ITU-T usa la codificación de trellis? a. V.32 b. V.33 c. V.34 d. a y b 71. En la codificación trellis el número de bits de datos es el número de bits transmitidos. a. igual a b. menor que c. más que d. doble que

45 capitulo06 5/2/03 09:21 Página 177 CAPÍTULO 6. TRANSMISIÓN DE DATOS DIGITALES: INTERFACES Y MÓDEMS Para el estándar V.22bis, usando su velocidad más baja, si se está actualmente en el tercer cuadrante y el siguiente dibit es 11, hay un cambio de fase de grados. a. 0 b. 90 c. 180 d Cuál es el propósito de la codificación trellis? a. estrechar el ancho de banda b. simplificar la modulación c. incrementar la tasa de datos d. reducir la tasa de error 74. En la modulación, los cambios de fase son función del patrón de bit actual y de la fase de los patrones de bits anteriores. a. FSK b. PSK c. DPSK d. ASK 75. Para qué tipo de señal la tasa de bits es siempre igual a la tasa de baudios? a. FSK b. QAM c. 4-PSK d. todos los anteriores 76. Un modulador convierte una señal a una señal. a. digital; analógica b. analógica; digital c. PSK; FSK d. FSK; PSK 77. La implementación DB-9 del estándar EIA-232 se usa en una conexión. a. asíncrona sencilla b. síncrona sencilla c. símplex d. ninguna de las anteriores 78. El estándar usa el protocolo LAPM. a. V.32 b. V.32bis c. V.34 d. V El estándar usa el método de compresión Lempel-Ziv-Welch. a. V.32 b. V.32bis c. V.42 d. V.42bis 80. Un módem de 56K puede recibir datos en una tasa de Kbps y emitir datos con una tasa de Kbps. a. 33,6; 33,6 b. 33,6; 56,6 c. 56,6; 33,6 d. 56,6; 56,6

46 capitulo06 5/2/03 09:21 Página TRANSMISIÓN DE DATOS Y REDES DE COMUNICACIONES 81. Los usuarios conectados a Internet a través de un proveedor de televisión por cable pueden tener una tasa de datos mayor debido a. a. la modulación en la estación de conmutación b. la modulación en el proveedor de servicios c. la modulación AMI d. alto ancho de banda del cable coaxial Ejercicios 82. Si se quieren transmitir caracteres ASCII (véase el Apéndice A) asíncronamente, cuál es el número mínimo de bits extra necesarios? Cuál es la eficiencia en porcentaje? 83. La letra A del código ASCII (véase el Apéndice) se envía usando la interfaz estándar EIA-232 y la transmisión síncrona. Dibuje una gráfica de la transmisión (amplitud frente a tiempo) asumiendo una tasa de bits de 10 bps. 84. Dibuje una gráfica en el dominio del tiempo para el patrón de bits como aparecería en un circuito RS-422. Asuma que 1 es 5 voltios y 0 es 5 voltios. Dibuje también el complemento. 85. Usando los datos del problema anterior, asuma que el primer y el último bit están contaminados por 1 voltio de ruido. Dibuje ambas líneas y dibuje la diferencia del complemento de la señal. 86. Cree una tabla de dos columnas. En la primera columna, liste las patillas del conector DB-9 definido por el EIA-232. En la segunda columna, liste las patillas correspondientes al conector DB-25 definido por el EIA Un módem de cable imaginario tiene un canal de 6 MHz para cada canal de TV por cable. Usa 128-QAM para descarga de datos y 8-PSK para carga. Cuál es la tasa de bits en cada dirección? Observe que se usa la misma banda para cargar y descargar. 88. Escriba una orden Hayes que marque el número y ajuste el volumen del altavoz al nivel Escriba una orden Hayes que marque el número (408) y active la impresión de eco. 90. Repita el ejercicio 89 pero desactive la impresión de eco. 91. Cuántas patillas son necesarias si se usa la norma DB-25 en modo asíncrono con un único canal? 92. Cuántas patillas son necesarias si se usa la norma DB-25 en modo síncrono con un único canal? 93. Cuántas patillas son necesarias para el canal secundario DB-25? 94. Rehaga el ejemplo de la Figura 6.12 del texto usando transmisión asíncrona. 95. Rehaga el ejemplo de la Figura 6.12 usando un conector DB Si se usa el RS-423 (en modo desbalanceado), cuál es la tasa de datos si la distancia entre el DTE y el DCE es pies? 97. Si se usa el RS-422 (modo balanceado), cuál es la tasa de datos si la distancia entre el DTE y el DCE es pies? 98. Qué mejora en la tasa de datos se puede conseguir sobre pies si nos movemos de RS-423 a RS-422? 99. Muestre el patrón de bits en una transmisión asíncrona con un bit de inicio y un bit de parada si los datos a enviar son «hola». Use código ASCII (Apéndice A).

47 capitulo06 5/2/03 09:21 Página 179 CAPÍTULO 6. TRANSMISIÓN DE DATOS DIGITALES: INTERFACES Y MÓDEMS Algunos módems envían 4 bits por carácter (en lugar de 8) si los datos son puramente numéricos (dígitos de 0 a 9). Muestre cómo se puede hacer esto usando la tabla ASCII en el Apéndice A La prueba de bucle local comprueba el funcionamiento del DCE local (módem). Para ello se envía una señal del DTE local al DCE local y se devuelve al DTE local. Dibuje una figura y muestre qué patillas del EIA-232 se usan para llevar a cabo esta prueba La prueba de bucle remoto comprueba la operación de un DCE remoto (módem). Para ello se envía una señal del DTE local al DCE local, del DCE local al DCE remoto (a través de la red telefónica) y después se devuelve. Dibuje una figura que muestre qué patillas del EIA-232 se usan para esta prueba.

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